Células del cerebro de un ratón (rojo y azul) albergando un astrocito humano (verde) surgido de células madre neurales trasplantadas. Crédito: Liu et al./Cell (2023)
Cómo las células madre hacen un cerebro humano
Una proeza técnica permite a los investigadores rastrear el árbol genealógico de células cerebrales cruciales.
Heidi Ledford
En una proeza técnica, los investigadores han analizado múltiples características de células individuales para identificar aquellas que dan lugar a componentes cruciales del cerebro humano.
El análisis, publicado el 16 de marzo en Cell 1 , utiliza una combinación de análisis de proteínas y ARN para purificar y clasificar cuidadosamente las células madre individuales y sus parientes cercanos aislados de cerebroshumanos. Luego, los investigadores inyectaron diferentes tipos de células en ratones y monitorearon las células a medida que se dividían y su progenie asumía funciones especializadas en el cerebro.
La esperanza es que este estudio, y otros similares, iluminen cómo estos programas de desarrollo fallan en las enfermedades neurológicas y cómo pueden aprovecharse para crear nuevas terapias. “El censo de células madre y progenitoras en el cerebro humano en desarrollo apenas comienza”, dice Arnold Kriegstein, neurocientífico del desarrollo de la Universidad de California en San Francisco, que no participó en la investigación. "Este trabajo ofrece una buena ventana a parte de esa complejidad".
Conjunto celular
El cerebro es una sinfonía intrincada de diferentes células, cada una de las cuales realiza funciones esenciales. Las células estrelladas conocidas como astrocitos, por ejemplo, son importantes para apoyar el metabolismo de las neuronas, y la pérdida de la función de los astrocitos está relacionada con afecciones neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer . Los oligodendrocitos son células que crean una vaina protectora y aislante alrededor de las conexiones entre las neuronas. Cuando se dañan, como en enfermedades como la esclerosis múltiple, la comunicación entre las neuronas se ralentiza o se detiene por completo.
Para comprender cómo surgen tales células, los biólogos que trabajan con células madre, Irving Weissman y Daniel Liu y sus colegas de la Universidad de Stanford en California aprovecharon una nueva tecnología que les permitiría estudiar el destino del desarrollo de células individuales extraídas de cerebros humanos.
El equipo aisló células cerebrales de fetos humanos que tenían entre 17 y 19 semanas de edad y analizó las células en busca de una batería de 11 proteínas en la superficie celular, incluidas seis que están asociadas con el desarrollo de células neurales. También analizaron los niveles de ARN como una medida de la actividad de los genes y usaron esta información para purificar 10 tipos de células que probablemente den lugar a astrocitos, oligodendrocitos y neuronas.
Luego, los investigadores inyectaron las células purificadas en cerebros de ratones. Seis meses después, analizaron esos ratones para averiguar a dónde habían migrado las células y sus descendientes, y qué identidades celulares habían tomado.
El enfoque permitió al equipo definir un nuevo tipo de célula progenitora que da lugar a células gliales, un grupo que incluye astrocitos y oligodendrocitos (ver figura:'Howtomake a brain'). Estos progenitores se derivan de células que son más escasas en los cerebros de los ratones que en los cerebros humanos, dice Liu. “Creemos que este tipo de células podría ser importante para las adaptaciones específicas que han hecho los cerebros de los primates”, dice.
El equipo también encontró que los altos niveles de una proteína llamada Thy1 están asociados con las células en el linaje de los oligodendrocitos. Esto va en contra de los hallazgos anteriores, que sugerían que Thy1 era un marcador para las neuronas en lugar de los oligodendrocitos, dice Steven Goldman, neurólogo del Centro Médico de la Universidad de Rochester en Nueva York y director de terapia del sistema nervioso central en Sana Biotechnology en Cambridge, Massachusetts.
Dichas diferencias también podrían ser el resultado de la resolución mejorada de diferentes tipos de células del nuevo enfoque, dice Goldman, y agrega que el trabajo es “una proeza técnica. … elevaron el nivel del campo”. Weissman dice que la técnica también podría ser útil para estudiar otros tipos de células madre.
Fuente: Ref. 1.
Un brebaje complejo para un cerebro.
El estudio es una importante contribución al creciente conocimiento de los linajes celulares que dan lugar al cerebro humano, coincide Kriegstein. Pero señala que el desarrollo de células madre humanas en ratones podría no reflejar completamente cómo se desarrollarían las células en los nuestros cerebros.
A Goldman le preocupa que los linajes derivados del análisis no reflejen la plasticidad del desarrollo de las células neurales. Otra investigación ha encontrado que algunas células en el cerebro pueden comenzar por un linaje, solo para cambiar de ruta y emerger como una célula neuronal no relacionada, dice. Liu y Weissman piensan que parte de esa aparente plasticidad fue en cambio un artefacto del estudio de mezclas de células, y podría no ser tan pronunciado cuando se usan los estrictos criterios de selección para purificar las células que desarrollaron.
Pero Goldman sospecha que otros factores influyen en el compromiso de las células neuronales con su linaje. “El sistema nervioso es más complicado en términos de diversificación”, dice Goldman. “Todavía hay mucho que aprender”.
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-00762-2
Referencias
1. Liu, DD et al. Cell https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.02.017 (2023).
